[0001] Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinder-Aggregat mit einem Zylinder, in dessen
Zylinderraum sich ein in Axialrichtung verschiebbarer, von der umfangsseitigen Führungsfläche
des Zylinderraumes geführter Kolben befindet.
[0002] Bei der Herstellung von Kolben-Zylinder-Aggregaten ist es bisher erforderlich, den
Kolben genau in den Zylinderraum bzw. die Zylinderbohrung einzupassen und hierzu
die umfangsseitige Oberfläche des Kolbens exakt zu bearbeiten und mit einer hohen
Güte zu versehen. Denn die Führung des Kolbens bei einer Verschiebebewegung im Zylinderraum
übernimmt seine Außenoberfläche in Zusammenarbeit mit der eine Führungsfläche bildenden
Innenoberfläche des Zylinderraumes. Die aufwendige Fertigung hat hohe Herstellungskosten
zur Folge, darüber hinaus ist infolge des großflächigen Berührkontaktes zwischen Kolben
und Zylinder bei starker Beanspruchung oftmals ein Festsetzen bzw. Fressen des Kolbens
zu beobachten, insbesondere auch bei starken Temperaturschwankungen in der Umgebung
des Aggregats.
[0003] Die Erfindung hat sich daher zum Ziel gesetzt, ein Kolben-Zylinder-Aggregat gemäß
der eingangs genannten Art zu schaffen, das ohne Einbußen bei der Führungsgenauigkeit
des Kolbens einfacher und kostengünstiger herstellbar ist und darüber hinaus die Lebensdauer
erhöht sowie die Störnafälligkeit verringert.
[0004] Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß der Kolben von mindestens einem koaxial angeordneten,
sich über einen Längsabschnitt des Kolbens erstreckenden ringförmigen Führungsband
umgeben ist, dessen in Radialrichtung nach außen weisende Bandfläche an der Führungsfläche
des Zylinderraumes mit Gleitspiel zur Führung des Kolbens anliegt und dessen entgegengesetzte
Innenfläche sich an der der Führungsfläche des Zylinderraumes mit Abstand gegenüberliegenden
Außenumfangsfläche des Kolbens abstützt und einen radial nach innen vorstehenden,
umlaufenden Halterungsvorsprung aufweist, der in eine nutartige Umfangsvertiefung
des Kolbens eingreift, und daß das Führungsband aus Material mit federelastischen
Eigenschaften besteht und an einer Stelle seines Umfanges eine im eingebauten Zustand
des Bandes geschlossene Montage-Trennstelle aufweist.
[0005] Nunmehr gelangt die Außenumfangsfläche des Kolbens nicht mehr in Berührung mit der
sie umgebenden Führungsfläche des Zylinderraumes, vielmehr wird die Führung des Kolbens
allein von dem Führungsband übernommen. Dieses sitzt so am Außenumfang des Kolbens,
daß seine nach außen weisende Führungsfläche in Radialrichtung gesehen der Mantelfläche
des Kolbens vorgelagert ist, so daß letztere mit Spiel der Führungsfläche des Zylinderraumes
gegenüberliegt. Der Vorteil hiervon ist, daß der Kolben an seiner Außenoberfläche
keiner Feinbearbeitung bedarf, d. h. nach seiner Fertigung müssen keine Oberflächenverbesserungen
mehr durchgeführt werden. Dies reduziert die Herstellungskosten beträchtlich. Die
Halterung des im Querschnitt T-förmigen Führungsbandes erfolgt auf einfache Weise
über den Halterungsvorsprung, der in der im wesentlichen komplementären Umfangsvertiefung
des Kolbens einsitzt. Ein sicherer Sitz wird dadurch garantiert, daß das Material
des Führungsbandes federelastische Eigenschaften aufweist, so daß keine weiteren Hilfsmittel
zur Fixierung des Bandes erforderlich sind. Es wird durch die eigene Spannkraft in
die Umfangsvertiefung gepreßt. Ferner hat die Materialauswahl den Vorteil einer besonderes
einfachen Montage, bei der die beiden Bandenden im Bereich der Montage-Trennstelle
lediglich so weit aufzuweiten sind, daß das Band bequem über den Kolben überschiebbar
ist und sodann, wie eine Feder, in die Umfangsvertiefung des Kolbens einschnappt.
Das Band ist also nicht in sich geschlossen, sondern ein an einer Stelle aufgeschlitzter
Ring, so daß es zur Herstellung lediglich von entsprechendem, in Meterware vorliegendem
Profilband auf das gewünschte Maß abzulängen und durch eine geeignete Temperaturbehandlung
od. dgl. in die gewünschte Ringform zu formen ist. Vorteilhaft ist weiter, daß das
Führungsband prakisch einen Puffer zwischen Kolben und Zylinder bildet, der Temperaturschwankungen
ausgleichen kann, so daß der Verschleiß verringert und damit die Lebensdauer gesteigert
wird.
[0006] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Es ist von Vorteil, die Trennstelle als Schlitz auszubilden, der zweckmäßigerweise
unter einem Winkel von etwa 45° gegenüber der Axialrichtung und der Umfangsrichtung
des Bandes dasselbe unterteilt. Dadurch können die bei der Bandlänge einzuhaltenden
Toleranzen vergrößert werden, da Längenunterschiede durch gegenseitiges Verschieben
im Bereich der Trennstelle in gewissem Rahmen ausgeglichen werden können.
[0007] Zweckmäßigerweise ist die nach außen weisende Bandfläche, die an der Führungsfläche
des Zylinderraumes entlanggleitet, mit mindestens einer Vertiefung zur Aufnahme eines
Schmiermittels wie Fett versehen, die insbesondere als Umfangsrille ausgebildet
ist. Vorzugsweise sind zwei solcher Rillen vorhanden. Das Schmiermittel wird in den
Vertiefungen gehalten und gleichzeitig bei der Kolbenbewegung gleichmäßig über die
Gleitfläche verteilt. Damit erhält man eine zuverlässige Dauerschmierung.
[0008] Als Werkstoff für das Führungsband ist insbesondere Kunststoff geeignet; besonderes
vorteilhaft ist eine Werkstoffzusammensetzung aus 30 % Kohlefaser, 15 % Teflon und
im übrigen Polyamid.
[0009] Von Vorteil ist es, die in Längsrichtung des Kolbens gemessene Breite der Umfangsvertiefung
größer als die Breite des darin aufgenommenen Halterungsvorsprungs zu wählen, so daß
das Band in Axialrichtung eine gewisse Bewegungs freiheit, z. B. 1/10 mm, hat. Damit
ergibt sich eine nachgiebige Aufhängung des Kolbens, die Verspannungen ausschließt.
Diesbezüglich ist es auch vortielhaft, die Tiefe der Umfangsvertiefung größer als
die Höhe des Halterungsvorsprungs zu wählen.
[0010] Eine Ausführungsform, bei der der Kolben im Querschnitt gesehen einen ovalen oder
ellipsenförmigen, d. h. einen vom Kreisförmigen abweichenden Umriß aufweist, bietet
sich vor allem dann an, wenn der Kolben gegen Verdrehung gesichert werden soll. Dies
ist vor allem dann der Fall, wenn er z. B. einen als Dauermagnetstück ausgebildeten
Schaltmagneten trägt, der am Außenumfang des Zylinderrohrs positionierte Schalter
betätigen soll. In diesem Zusammenhang hat das Führungsband den Vorteil, daß es den
Schaltmagneten abdecken kann, der im Kolben eingebettet ist. Hierzu weist der umlaufende
Halterungsvorsprung des Führungsbandes zweckmäßigerweise an entsprechender Stelle
eine Aussparung auf, so daß der Magnet so nahe wie möglich am Zylinderrohr zu liegen
kommt, um die Entfernung zu den außen angeordneten Schaltern und damit die Intensitätsverluste
des Magnetfeldes so gering wie möglich zu halten.
[0011] Als besonders kostengünstige Ausführungsform bietet es sich an, ein einziges Kolbenführungsband
vorzusehen, das sich im Bereich der Kolbenlängsmitte befindet und in Axialrichtung
gesehen beidseits von jeweils einem Dichtring flankiert ist.
[0012] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
In dieser zeigen:
Fig. 1 einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Aggregat im Längsschnitt,
wobei ein Teil des Kolbens und des Zylinders zu sehen sind,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Kolbenführungsband ohne Kolben,
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen mit dem Führungsband versehenen Kolben, der
einen Schaltmagneten trägt, und
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine besondere Ausführungsform des Kolbenführungsbandes.
[0013] Das erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Aggregat enthält, wie Fig. 1 darstellt, einen
Zylinder bzw. ein Zylinderrohr 1 sowie einen von diesem umschlossenen Zylinderraum
2, in dem sich ein in Axialrichtung 3 hin- und herverschiebbarer Kolben 4 befindet.
Beim Ausführungsbeispiel ist er an einer seiner axialen Seiten mit einer Kolbenstange
5 versehen. Durch wahlweise Beaufschlagung bzw. Entlüftung der beiden vom Kolben abgetrennten
Druckräume 6, 6′ über nicht näher dargestellte Druckmittelöffnungen kann die Bewegung
des Kolbens aktiviert werden.
[0014] Bei seiner Verschiebebewegung wird der Kolben 4 über ein auch in den Fig. 2 bis 4
abgebildetes Führungsband 7 von der eine Führungsfläche 8 bildenden umfangsseitigen
Innen oberfläche des Zylinderraums 2 geführt. Das Führungsband 7 ist in Gestalt eines
Ringes geformt und erstreckt sich koaxial um den gesamten Außenumfang des Kolbens
4. Die in Radialrichtung nach außen zum Zylinder 1 hin weisende Bandfläche 9 liegt
mit Gleitspiel an der Führungsfläche 8 an, während seine entgegengesetzte Innenfläche
10 sich an der der Führungsfläche 8 gegenüberliegenden Außenumfangsfläche 14 des
Kolbens abstützt. Letztere liegt der Führungsfläche 8 mit Abstand gegenüber, das
heißt, ohne das Führungsband betrachtet, ist der Kolben mit Radialspiel im Zylinder
angeordnet. Die Befestigung des Bandes am Kolben erfolgt über einen an der Innenfläche
10 des Bandes angeformten, radial nach innen vorstehenden, umlaufenden, sich in Längsrichtung
des Bandes erstreckenden Halterungsvorsprung 15 (vgl. auch Fig. 3 und 4), der in eine
entsprechende nutartige Umfangsvertiefung 16 des Kolbens 4 eingreift.
[0015] Ein Kolben kann mit mehreren Führungsbändern bestückt sein oder aber mit einem einzigen
Band, das sich praktisch über die gesamte Länge des Kolbens erstreckt. Besonders vorteilhaft
ist jedoch die in Fig. 1 abgebildete Ausführungsform mit einem einzigen Kolbenführungsband,
das sich im Bereich der Kolbenlängsmitte befindet - ebenso wie die Umfangsvertiefung
16 -, wobei es in Axialrichtung 3 gesehen beidseits jeweils von einem Dichtring 17,
17′ flankiert ist. Diese Dichtringe sitzen jeweils in einer Umfangsnut 18, 18′ ein,
die sich in den beiden dem Führungsband benachbarten Kolbenabschnitten befinden.
Die Dichtringe über brücken dort den zwischen der Außenumfangsfläche 14 des Kolbens
4 und der Führungsfläche 8 befindlichen Spalt, der der Dicke des Führungsbandes (ohne
Halterungsvorsprung) entspricht.
[0016] Das in den Figuren dargestellte Führungsband 7 besteht aus Kunststoffmaterial, wobei
sich eine Zusammensetzung aus 30 % Kohlefaser, 15 % Polytetrafluoräthylen (Teflon)
und dem Rest Polyamid als besonders verschleißfrei herausgestellt hat, so daß gegenüber
üblichen Werkstoffverbindungen eine drei- bis fünffach höhere Lebensdauer bzw. Standzeit
erreicht werden kann. Gleichzeitig hat dieses Material gummielastische bzw. federelastische
Eigenschaften, die eine bequeme Montage des Bandes auf dem Kolben ermöglichen.
[0017] So ist das Band an einer Stelle 19 seines Umfanges mit einer Montage-Trennstelle
20 versehen, die zweckmäßigerweise, wie Fig. 2 darstellt, ein Schlitz 21 ist. Das
Führungsband 7 ist also nicht in sich geschlossen, sondern ein an einer Stelle aufgetrennter
Ring, wobei die beiden Ringenden 22, 22′ auf Grund der federelastischen Eigenschaften
praktisch nicht auseinanderklaffen. Bei der Montage wird der Ring an seinen Enden
22, 22′ ein Stück weit aufgebogen, sodann über den Kolben übergezogen bis zur Stelle
der Umfangsvertiefung 16, in welche der Halterungsvorsprung nach dem anschließenden
Loslassen der Ringenden federähnlich einschnappt. Nach dem Einschieben des mit dem
Band versehenen Kolbens in den Zylinderraum 2 erfolgt automatisch die Endanpassung,
indem die beiden Ringenden 22 gegeneinandergepreßt werden. Dabei ist es vorteilhaft,
wenn die Längsrichtung des linearen Schlitzes sowohl zur Axialrichtung 3 als auch
zur Umfangsrichtung 23 schräg verläuft und insbesondere mit jeder Richtung einen Winkel
von ca. 45° einschließt. Denn dann können die beiden Ringenden in gewissem Rahmen
aneinander abgleiten und auf diese Weise ein Ausgleich von Längentoleranzen vorgenommen
werden.
[0018] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Führungsbandes ist vor allem in den Fig.
2 und 4 gut zu erkennen. So ist das Band an seiner nach außen weisenden Bandfläche
mit zwei sich entlang des gesamten Bandumfanges erstreckenden Rillen 24, 24′ versehen,
die in axialem Abstand zueinander angeordnet sind. Sie dienen zur Aufnahme eines
Schmiermittels wie Fett, das bei der Kolbenbewegung die eine Gleitfläche 25 bildende
Bandfläche 9 mit einem gleichmäßigen Schmierfilm überzieht. Eine leichte Kolbenbewegung
ist damit gewährleistet.
[0019] Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist lediglich eine Rille zur Aufnahme
des Schmiermittels vorhanden, die dann zweckmäßigerweise in der Längsmitte des Führungsbandes
angeordnet ist. Im übrigen sind auch anders gestaltete Vertiefungen in der Bandfläche
zur Aufnahme des Schmiermittels möglich, z. B. über den Außenumfang verteilt angeordnete
Ausnehmungen.
[0020] Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Kolben- Zylinder-Aggregats ist, daß
der Kolben ohne besondere Oberflächenbearbeitung verwendbar ist, da seine Oberfläche
nicht als Führungsfläche dient und nicht mit der Innenoberfläche des Zylinderraumes
in Berührung kommt.
[0021] Bei dem Fig. 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die in Längsrichtung 3 gemessene
Breite der Umfangsvertiefung 16 größer als die Breite des aufgenommenen Halterungsvorsprungs
15, so daß ein in der Zeichnung übertrieben groß dargestellter Spalt von ca. 1/10
mm besteht. Das Führungsband ist dadurch in Axialrichtung relativ gegenüber dem Kolben
4 bewegbar, so daß dieser leicht schwimmend aufgehängt ist, was ein Entstehen von
Spannungen zwischen Kolben und Zylinder verhindert. Zusätzlich kann auch noch, wie
dargestellt, die Tiefe der Umfangsvertiefung 16 größer sein als die Höhe des Halterungsvorsprungs
15.
[0022] Im übrigen sind der Halterungsvorsprung 15 und die mit ihm zusammenarbeitende Umfangsvertiefung
16 gegenüber den Längenabmessungen des Kolbens und den Breitenabmessungen des Bandes
relativ schmal gewählt.
[0023] Das in den Figuren abgebildete Kolben-Zylinder-Aggregat ist zusätzlich mit einer
Schalteinrichtung versehen, indem der Kolben einen Schaltmagneten 29 trägt (vgl. Fig.
3), der außen am Zylinder angeordnete, nicht dargestellte Schalter im Vorbeibewegen
betätigen kann. Da sich die Lage des Schaltmagneten 29 nicht verändern darf, ist aus
diesem Grunde der Kolben 4 und entsprechend auch der Zylinder raum 2 im Querschnitt
oval bzw. ellipsenförmig ausgebildet, so daß eine Verdrehung ausgeschlossen ist. Der
Schaltmagnet 29 ist ein Dauermagnetstück, das vorteilhafterweise an einem Scheitelpunkt
des Kolbens 4 in dessen Außenumfangsfläche 14 eingelassen ist. Um jedoch zu gewährleisten,
daß der Magnet so nahe wie möglich am Zylinderrohr ist, um die Übertragung des Magnetfeldes
nicht zu beeinträchtigen, ist das den Magneten 29 abdeckende Führungsband 7 im Bereich
des Magneten mit einer Aussparung 30 versehen, in die das Magnetstück eingelassen
ist. Der Schaltmagnet 29 ist somit einerseits geschützt und abgedeckt untergebracht,
andererseits wird die Schaltpräzision dadurch nicht beeinträchtigt.
[0024] Die Anwendung des Führungsbandes ist gerade bei Ovalkolben besonders vorteilhaft,
da deren Form bei konventioneller Bauweise wesentlich schwieriger paßgenau herstellbar
ist als kreisförmige Kolben.
1. Kolben-Zylinder-Aggregat mit einem Zylinder, in dessen Zylinderraum sich ein in
Axialrichtung verschiebbarer, von der umfangsseitigen Führungsfläche des Zylinderraumes
geführter Kolben befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) von mindestens
einem koaxial angeordneten, sich über einen Längsabschnitt des Kolbens (4) erstreckenden
ringförmigen Führungsband (7) umgeben ist, dessen in Radialrichtung nach außen weisende
Bandfläche (9) an der Führungsfläche (8) des Zylinderraumes (2) mit Gleitspiel zur
Führung des Kolbens (4) anliegt und dessen entgegengesetzte Innenfläche (10) sich
an der der Führungsfläche (8) des Zylinderraumes (2) mit Abstand gegenüberliegenden
Außenumfangsfläche (14) des Kolbens (4) abstützt und einen radial nach innen vorstehenden
umlaufenden Halterungsvorsprung (15) aufweist, der in eine nutartige Umfangsvertiefung
(16) des Kolbens (4) eingreift, und daß das Führungsband (7) aus Material mit federelastischen
Eigenschaften besteht und an einer Stelle seines Umfangs eine im eingebauten Zustand
des Bandes (7) geschlossene Montage-Trennstelle (20) aufweist.
2. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstelle
(20) ein Schlitz (21) ist.
3. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz
(21) linear und schräg zur Axialrichtung (3) und zur Umfangsrichtung (23) verläuft
und insbesondere unter einem Winkel von 45° zu beiden Richtungen (3,23) verläuft.
4. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die eine Gleitfläche (25) bildende, nach außen weisende Bandfläche (9) mindestens
eine Vertiefung (24, 24′) zur Aufnahme von Schmiermittel aufweist.
5. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens
eine Vertiefung eine sich entlang des gesamten Bandumfangs erstreckende Rille (24,
24′) ist, wobei zweckmäßigerweise zwei in axialem Abstand zueinander angeordnete Rillen
(24, 24′) vorhanden sind.
6. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Führungsband aus Kunststoff besteht.
7. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Führungsband (7) aus ca. 30 % Kohlefaser, ca. 15 % Polytetrafluoräthylen (Teflon)
und im übrigen im wesentlichen aus Polyamid besteht.
8. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die in Längsrichtung (3) des Kolbens gemessene Breite der Umfangsvertiefung (16)
größer ist als die Breite des Halterungsvorsprungs (15), so daß dieser mit Axialspiel
von insbesondere ca. 1/10 mm in der Vertiefung (16) angeordnet ist.
9. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Tiefe der Umfangsvertiefung (16) größer ist als die Höhe des Halterungsvorsprungs
(15).
10. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (4) einen ovalen bzw. ellipsenförmigen, vom Kreisförmigen abweichenden
Querschnitt aufweist.
11. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der umlaufende Halterungsvorsprung (15) des Führungsbandes (7) an einer Stelle
eine Aussparung (30) aufweist, die einer Ausnehmung des Kolbens gegenüberliegt, in
die ein Schaltmagnet (29) einsetz bar ist, der im eingesetzten Zustand vom Führungsband
(7) abgedeckt ist.
12. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß ein einziges Kolbenführungsband (7) vorhanden ist, das sich im Bereich der Kolbenlängsmitte
befindet, wobei die umfangsseitigen Außenoberflächen (14) der in Axialrichtung (3)
gesehen beidseits des Bandes (7) befindlichen Kolbenabschnitte der Führungsfläche
(8) des Zylinderraumes (2) mit Abstand gegenüberliegen und zweckmäßigerweise jeweils
einen gegenüber der Führungsfläche abdichtenden Dichtring (17, 17′) tragen.